Открытие аксионов может помочь ответить на один из самых загадочных вопросов в физике

Сегодня одной из самых громких загадок в физике является то, что ученые называют «проблемой сильного CP» (или нарушение СР-инвариантности). Исходя из загадочного явления, что нейтроны не взаимодействуют с электрическими полями, несмотря на то, что состоят из кварков — более мелких фундаментальных частиц, несущих электрические заряды, — проблема сильного CP ставит под сомнение Стандартную модель физики или набор теорий, которые ученые использовали для объяснения законов природы в течение многих лет.

Команда, возглавляемая физиками-теоретиками из Университета Миннесоты, обнаружила новый способ поиска аксионов, гипотетических частиц, которые могут помочь решить эту загадку. Работая в сотрудничестве с экспериментальными исследователями из Национальной ускорительной лаборатории Фермилаб, новая стратегия физиков открывает ранее неисследованные возможности для обнаружения аксионов в экспериментах с коллайдером частиц.

Новый метод поиска гипотетического аксиона, предложенный исследователями из Университета Миннесоты, включает в себя измерение «распада» частицы на два мюона — известные частицы, которые по существу являются более тяжелой версией электрона — как показано на изображении выше. Предоставлено: Рэймонд Ко, Университет Миннесоты

Одним из основных средств изучения субатомных частиц и, возможно, открытия новых является коллайдерные эксперименты. По сути, ученые заставляют лучи частиц сталкиваться, и когда они сталкиваются друг с другом, энергия, которую они производят, создает другие частицы, которые проходят через детектор, позволяя исследователям анализировать их свойства.

Предложенный Лю и его командой метод включает в себя измерение продукта «распада» — или того, что происходит, когда нестабильная тяжелая частица превращается в несколько более легких частиц — гипотетического аксиона в два мюона — известных частиц, которые по существу являются более тяжелой версией электрона. Работая в обратном направлении от мюонных дорожек в детекторе, чтобы реконструировать такие распады, исследователи считают, что у них есть шанс найти аксион и доказать его существование.

Оригинал статьи: R. Acciarri et al., Первые ограничения на тяжелые аксионы КХД с камерой проекции времени жидкого аргона с использованием эксперимента ArgoNeuT, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.221802 🔗